機械原理與機械設計實驗指導書

機械原理與機械軟計實除器導零

青島大學機械根底實驗教學中心

前言

機械原理課程作為機械類專業(yè)的一門主干技術(shù)根底課，在培養(yǎng)學生綜合設計能力的全局中承當

著培養(yǎng)學生機械系統(tǒng)方案創(chuàng)新設計能力的任務；機械設計課程是以一般通用零件的設計為核心的設

計件課程,是論述零部件的根本設計理論與方法的技術(shù)根底課C機械原理和機械設計課程在機械設

計系列課程體系中占有十分重要的地位。

《機械原理機械設計實驗指導書》是結(jié)合“機械原理”、“機械設計”課程的具體要求并根據(jù)山

東省“高等學校根底課實驗教學示范中心建設標準”的要求進行編寫的，其主要目的是培養(yǎng)學生學

握典型機械的實驗方法，獲得實驗技能的根本訓練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本書注重了根本實驗、提高

型實驗、研究創(chuàng)新型三種不同類型實驗編寫。學生做實驗由淺到深、由簡到繁的學習過程，使學生

能系統(tǒng)的掌握本門課程的理論與實踐知識。

高等學校的實驗室是進行教學和科研的重要基地，是積累科學優(yōu)勢的根底。沒有實驗手段就不

可能出科研成果，就沒有科學的進步和開展，任何新知識、新科技、新創(chuàng)造、新成果都離不開實驗。

通過實驗可以培養(yǎng)學生的動手能力、設計能力、創(chuàng)新能力、分析問題和解決問題的能力。以適應當

前社會新知識、新技術(shù)快速開展的需要。

本書可作為高等工科學校機械類專業(yè)的實驗教材也可供非機類專業(yè)可供參考。由于水平所限和

編寫的時間倉促，貽誤之處懇切希望廣闊讀者指正。

目錄

第一篇機械原理實驗

第一章實驗一機構(gòu)運動簡圖的測繪和分析.........................................3

第二章實驗二齒輪范成實驗.......................................................6

第三章實驗三漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)測定.........................................11

第四章實驗四回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡實驗...................................................15

第五章實驗五機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗...................................................20

第二篇機械設計實驗

第六章實驗六帶傳動實驗........................................................27

第七章實驗七滑動軸承實驗.......................................................36

第八章實驗八軸系結(jié)構(gòu)設計實驗..................................................44

第九章實驗九減速器裝拆實驗.....................................................54

第一篇機械原理實驗

第一章實驗一機械運動簡圖的測繪和分析

一、實驗目的

(1)學會根據(jù)各類機械實物或模型，繪制機械運動簡務；

(2)分析和驗證機構(gòu)自由度，進一步理解機構(gòu)自由度的概念，掌握機構(gòu)自由度的計算方法；

(3)加深對機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的了解。

二、實驗設備和工具

(IJ各類典型機構(gòu)的實物(如：牛頭刨床、縫紉機頭等〕；

(2)各類典型機構(gòu)的模型(如：攪拌機、碎石機等)：

(3)鋼皮尺、內(nèi)外卡鉗、量角器(根據(jù)需要選用)；

(4)三角板、鉛筆、橡皮、草紙(自備)；

(5)“機構(gòu)運動簡圖的繪制”電教片及放像機。

三、原理和方法

1.原理

由于機構(gòu)運動與機構(gòu)中所有構(gòu)件的數(shù)目和構(gòu)件所組成的運動副的數(shù)目、類型、相對位置有關(guān)，

因此，在繪制機構(gòu)運動簡圖時，可以撇開構(gòu)件的形狀和運動副的具體構(gòu)造，而用一些簡略的符號(見

教科書或機械設計手冊中有關(guān)“常用機構(gòu)和運動副簡圖符號”的規(guī)定)來代替構(gòu)件和運動副，并按

?定的比例尺表示運動副的相對位置，以此說明機構(gòu)的運助特征。常用符號例如如表1-1所示。

2.方法

(1)測繪時使被測繪的機構(gòu)緩慢運動，從原動構(gòu)件開始仔細觀察機構(gòu)的運動，分清各個運動單

元，從而確定機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目。

(2)根據(jù)相互連接的兩構(gòu)件間的接觸情況及相對運動的特點，確定各個運動副的種類。

(3)在草稿紙上徒手按規(guī)定的符號及構(gòu)件的連接次序，從原動構(gòu)件開始，逐步畫出機構(gòu)運動簡

圖的草圖。用數(shù)字1、2、3、……分別標注各構(gòu)件，用拉丁字母A、B、C……分別標注各運動副。

(4)測量與機構(gòu)運動有關(guān)的尺寸，即轉(zhuǎn)動副間的中心距和移動副導路的方向等，選定原

動件的位置，并按一定的比例尺畫成正式的機構(gòu)運動簡圖。

四、步驟和要求

(1)繪制指定的幾種機器或結(jié)構(gòu)模型的機構(gòu)運動簡圖，其中至少有?種需按確定的比例尺繪制。

其余的可憑目測，使圖與實物大致成比例，這種不按比例尺繪制的簡圖通常稱為機構(gòu)示意圖。

(2)計算機構(gòu)自由度數(shù)，并將結(jié)果與實際機構(gòu)的自由度相對照，觀察計算結(jié)果與實際是否相符。

(3)對上述機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析(高副低代、分類桿組、確定機構(gòu)級別等)。

五、思考題

(I)一個正確的“機構(gòu)運動簡圖”應能說明那些內(nèi)容？

(2)繪制機構(gòu)運動簡圖時,原動件的位置為什么可以任意選定？會不會影響簡圖的不確性？

(3)機構(gòu)自由度的計算對測繪機構(gòu)運動簡圖有何幫助？

表1-1

名稱符%

移

引

副irrk\rnr

副

￡1y片

齒

副

輪

副

件

機

架777777777

實驗一機構(gòu)運動簡圖的測繪和分析報告

學生姓名||學號||組『I

(1)齒輪范成儀

(2)圓規(guī)

(3)三角尺

(4)剪刀

(5)鉛筆

(6)繪圖紙(直徑4)280)

(除齒輪范成儀外,其余均由學員自備)

三、實驗原理和方法

運用一對齒輪在嚙合時其共枕齒廓互為包絡線的原理加工輪齒的方法稱為范成法，加工時其中

一輪為刀具，另一輪為輪坯，它們保持固定的速比相對轉(zhuǎn)動，完全和一對真正的齒輪在傳動一樣。

同時刀具還沿著輪坯的軸向作往復切削運動。這樣所加工出的齒輪的齒廓就是刀具刀刃在各個位置

的包絡線。雖然在實際加工時，無法看到刀刃形成包絡線的過程，但我們可以設法通過齒輪范成儀

來反復演示輪坯與刀具間的對滾切削過程。將刀具刀刃在“切削”時曾占有的各個位置用鉛筆線記

錄在繪圖紙上，這樣我們就能清楚的觀察到齒輪范成的過程。

實驗所用的刀具是齒條刀具，該刀具的齒廓用a=20°,模數(shù)〃『25,齒頂高系數(shù)〃徑向間

隙系數(shù)c*=0.25。被加工齒輪的齒數(shù)z=8,分度圓直徑d=200/〃/〃，最大變位量+20~-5,本實驗

所用范成儀的結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示：

半圓盤1可以繞其固定的中心O轉(zhuǎn)動，在半圓盤的周緣刻有凹槽，槽內(nèi)繞有鋼絲2,兩根分別

固定在半圓盤及縱拖板3上的a、b和c、d處?？v拖板3那么可在機架4上沿水平方向左右移動，形

成齒條與齒輪的嚙合運動。

做實驗時，將畫好的齒頂圓、分度圓、基圓與齒根圓的齒坯圖紙安裝在半圓盤1上0對準中心

由壓環(huán)7壓住,并放在齒條(刀具)6的下面。旋轉(zhuǎn)螺桿8使橫拖板5前后移動，以調(diào)整刀具6(齒

條)中線4(圓相切)。

首先將齒車次這就相

當于刀具彳七時壓緊在

圓盤上的E5條刀具，

認真描出7

假設需描繪正移距變位齒廓時，只需調(diào)整螺桿8后刀具遠離齒坯中心，直到刀具齒頂線與變位

齒輪的齒根圓相切為止。即可作正移距變位齒輪的齒廓曲線。反之，如將齒條刀具6調(diào)近輪坯中心

那么可相應地描出負移距變位齒輪的齒廓曲線。

四、實驗步驟

要求繪制一個標準齒輪(x=0)和一個變位齒輪5W0)。

1.繪制標準漸開線齒輪(x=0)

⑴計算出齒輪分度圓直杼力基圓百徑(和齒頂圓直徑兒：

(2)在圖紙上繪出齒輪的分度圓、基圓和齒頂圓，并將其裝在圓盤上；

(3)調(diào)整齒條刀具的位置，使齒條刀具的中線與初切齒輪的分度圓相切，描繪出2~3齒；

14)測量分度圓齒厚s及齒間并與計算結(jié)果加以匕擬。

2.繪制變位齒輪(x>0)

(1)算出變位系數(shù)X和變位量口〃,X的選擇應使齒輪沒有根切現(xiàn)象；

(2)計算出齒輪的分度圓直徑由基圓直徑(和齒頂圓直徑兒：

(3)在圖紙上繪出分度圓、基圓、齒頂圓并將其裝夾在圓盤上；

(4)調(diào)整齒條刀具的位置，使齒條刀具的中線離開被切齒輪的分度圓，并相距不〃？的距離，繪

出2?3個齒。

[5)測量分度圓齒厚s及齒間e,并與計算結(jié)果比擬。

3.繪制xvO的變位齒輪(選作)

五、思考題

(1)齒條刀具的齒頂高和齒根高為什么都等于(〃[+(??)〃？

(2)用范成法加工齒輪時，輪廓曲線是如何形成的？

13)試比擬標準齒輪與變位齒輪的齒形有什么不同，并分析其原因。

實驗二齒輪范成實驗報告

學生姓名學號組別

實驗日期成績指導教師

一、切削刀具的主要參數(shù)

模數(shù)m=齒頂高系數(shù)<=

齒形角a二徑向間隙系數(shù)C*二

二、計算數(shù)據(jù)

a、標準齒輪

序號項目公式及計算數(shù)值

1分度圓直徑d=mz=

2基圓直徑

db=Jcosa=

3齒頂圓直徑

du=<7+2mha

4分度圓齒厚mn

s=——

2

b、變位齒輪

序號項目公式及計算數(shù)值

1變位系數(shù)、.、-Z_

人？一

2齒條刀變位量xin=

3分度圓直徑d=mz=

4基圓直徑

dh=dcosa=

5齒頂圓直徑4=d+2私*+x)=

6分度圓齒厚/\

一+2xtana

S="l△J

X>0的變位齒輪和標準齒輪在齒輪參數(shù)上的比擬

序號項目異同變動結(jié)果

1齒頂圓的直徑兒

2模數(shù)m

3齒根圓的直徑dr

4分度圓直徑d

5分度圓上的齒厚S

6分度圓上的齒槽寬e

7分度圓上的周節(jié)p

8刀具齒形角a

三、齒輪范萬溷（附圖）

四、心得和體會

注：“異同”一欄填“異”或“同”字即可；“變動結(jié)果”欄填“增”、“減”、“相同”即可；“增”

即表示變位齒輪上的尺寸比標準齒輪上尺寸增大1其余類推)。

第三章實驗三漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測定

一、實驗目的

(1)掌握應用游標卡尺測定漸開線直齒圓柱齒輪根本參數(shù)的方法；

(2)通過測量和計算，熟練掌握有關(guān)齒輪各幾何參數(shù)之間的相互關(guān)系和漸開線性質(zhì)的知識。

二、實驗設備和工具

(1)齒輪一對(齒數(shù)為奇數(shù)和偶數(shù)各一個)；

（2）游標卡尺（游標讀數(shù)值不大于mm）；

⑶漸開線函數(shù)表（自備）;

（4）計算工具（自備）。

三、原理和方法

單個漸開線直齒圓柱齒輪的根本參數(shù)有：齒數(shù)z、模數(shù)〃，、齒頂高系數(shù)4"、分度圓壓力角。、變

位系數(shù)X；一對漸開線直齒圓柱齒輪嚙合的根本參數(shù)有：嚙合角優(yōu)、頂隙系數(shù)C*、中心距2。

本實驗是用游標卡尺來測量輪齒.并通過計算得出一對百齒圓柱齒輪的根本參數(shù)C其原理和方

法如下：

1.確定齒輪的模數(shù)R和壓力角a

標準直齒圓柱齒輪公法線長度的計算如F：如圖3T所示，假設卡尺跨n個齒，其公法線長

0

圖3-1

度為

同理,假設卡尺跨班1個齒,其公法線長度那么應為

所以晨「。=Pb(3-1)

又因ph=pcosa=mncosa

Pb

所以m=(3-2)

九'cosa

式中p&為齒輪基圓周節(jié),它由測量得到的公法線長/“和/,㈤代人（3-1）求得。a可能是15。也可能是

20。，故分別用15。和20。代入式13-2）算出兩個模數(shù)，取其模數(shù)最接近標準值的一組〃?和a,即為所

求齒輪的模數(shù)和壓力角。

為了使卡尺的兩個卡角能保證與齒廓的漸開線局部相切，所需的跨齒數(shù)〃按下式計算

C(

n-------z+0.5(3-3)

180

或直接由下表查出

Z12?1819?2728?3637?4546?5455?6364?72

n1234567

2.確定齒輪的變位系數(shù)x

根據(jù)基圓的內(nèi)厚公式：

----zinv?

得2------------(3-4)

2tana

式中必可由以上公法線長度公式求得，即：

■=和-叩-3-5)

將式(3-5)代入(3-4)即可求出變位系數(shù)X,.

3.確定齒輪的齒頂高系數(shù)4"和頂隙系數(shù)C*

根據(jù)齒輪齒根高的計算公式：

mz-d

h,=--------Lf(3-6)

又1*=+c*—x)(3-7)

式(3-6)中齒根圓直徑d,可用游標卡尺測定，因此可求出齒根高酊。在式(3-7)中僅〃:和未

知，由于不同齒制的兒*和c*均為標準值，故分別用正常齒制〃[=1,c"〃；=0.8,c*=0.3兩組標準值

代入，符合式(3-6)的一組即為所求的值。

4.確定一對互相嚙合的齒輪的嚙合角優(yōu)和中心距。

一對互相嚙合的齒輪，用上述方法分別確定其模數(shù)m、壓力角a和變位系數(shù)為、馬后，可用下

式計算嚙合角a，和中心距〃：

.,2(x.+x7).

inva=1"tana+invor(z3-8)

Z|+Z?

cosa

(3-9)

cosa'

實驗時，可用游標卡尺直接測定這對?齒輪的中心距測定方法如圖3-2所示。首先使該對?齒

輪做無齒側(cè)間隙嚙合，然后分別測量齒輪的孔徑4的、dn及尺寸悅由此得

/=b+g(4|+dk2)(3-10)

圖3-2

四、步驟和要求

(1)直接數(shù)齒輪的齒數(shù)z；

(2)由式(3-3)計算或查表得測量時卡尺的跨齒數(shù)〃：

(3)測量公法線長度/“和晨?及齒根圓直徑，/廠中心距a'、讀數(shù)精確到。注意每個尺寸應測

量三次，記入實驗報告附表，取其平均值作為測量結(jié)果：

(4)逐個計算齒輪的參數(shù)，記入實驗報告附表。最后將計算的中心距與實測的中心距進行比擬。

五、思考題

(1)通過兩個齒輪的參數(shù)測定，試判別該對齒輪能否互相嚙合。如能，那么進一步判別它們的

傳動類型是什么？

(2)在測量齒根圓直徑d/時，對齒數(shù)為奇數(shù)和偶數(shù)的齒輪在測量方法上有什么不同？

(3)測量齒輪公法線長度是根據(jù)漸開線的什么性質(zhì)？

實驗三漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測定實驗報告

學生姓名學號組別

實驗日期成績指導教師

參數(shù)測定與計算

齒輪編號

齒數(shù)Z

測

跨齒數(shù)11

量

平均

測量次數(shù)123平均值123

值

數(shù)

〃齒公法線乙

據(jù)

〃+|齒公法線/"1

孔徑4

尺寸b

中心距a'

基圓周節(jié)〃〃

模數(shù)〃?

壓力角a

計

齒頂高系數(shù)力「

頂隙系數(shù)犬

算

基圓齒厚.

數(shù)分度圓直徑d

變位系數(shù)X

據(jù)嚙合角〃

中心距a

中心距的相對誤差

a-a,

a

第四章實驗四回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡實驗

一、實驗目的

穩(wěn)固回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡的根本原理，掌握補償式動平衡機的根本原理和操作方法。

二、設備和工具

(1)框架式動平衡機及其附件、試件；

(2)平衡重量、螺釘、螺母和橡皮泥；

(3)游標卡尺、磁力千分表架及百分表；

(4)扳手、螺絲刀。

三、實驗原理和方法

由回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡原理可知，任一回轉(zhuǎn)構(gòu)件的動不平衡都可以認為是分別處于兩個任迷平面T'

和T〃內(nèi)，回轉(zhuǎn)半徑分別為ro'和ro〃的兩個不平衡重量Go'和Go〃所產(chǎn)生，如圖4-1所示。因此進行

動平衡實驗時，便可以不管被平衡構(gòu)件的實際不平衡重量所在位置及其大小如何，只需要根據(jù)構(gòu)件

實際外形的許可，選擇兩回轉(zhuǎn)平面作為校正平面T'和T"，旦把不平衡重量看作處于該兩平衡平面

中的G。'和Go”,然后針對QGo'和ro〃Go〃進行平衡就可以到達目的。

圖4-1

本實驗采用框架式機械動平衡試驗機，如圖4-2所示。下面介紹其工作原理，主要說明雙面校正

使回轉(zhuǎn)件到達這一根本概念的具體應用，及其利用補償重徑積法測定兩平衡校正平面中的不平衡重

徑積的根本方法。圖示框架1經(jīng)彈簧2與固定的底座3相聯(lián)，它只能繞0X軸線擺動，構(gòu)成一個震動

系統(tǒng)?？蚣苌涎b有主軸4,由固定在底座上的電動機14通過傳動帶和帶盤12驅(qū)動。主軸4上裝有螺

旋的輪6,它和齒輪5齒數(shù)框等且互相嚙合。齒輪6還可沿主軸4移動，移動的最大距離和它的軸向

寬度相等，比齒輪5的節(jié)圓局長要長，因此調(diào)節(jié)手輪18使齒輪6從左極限位置移到右極限位置時，

齒輪5以及和它相固定的軸9能隨之回轉(zhuǎn)一周以上。借此調(diào)整9與主軸4的相對轉(zhuǎn)角底，即調(diào)節(jié)補償

重量位置的指示角，似的大小由指針15指示。圓盤7固定在軸9」二，通過調(diào)節(jié)手輪17可以使圓盤8

沿軸9上下移動，以調(diào)節(jié)補償力偶大小的兩圓盤間的距離晨，L的大小由指針16指示。

圖

4--2

被平衡的I可轉(zhuǎn)件10放在兩個滾動支承13上，通過撓性聯(lián)軸器11由主軸4帶動。此時試件不平

衡重量可以看成在兩平衡校正平面T'和T"上兩個不平衡直量G(/和Go〃所產(chǎn)生。平衡時可先令平衡

平面T〃通過擺架的振擺軸線OX,如圖4-2所示。當回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動后，T〃面上的不平衡重量Go”的離心

力Po〃對軸線OX的力矩為零，不引起框架的振動；而平衡校正平面To,上的G。'的離?心刀P。'對振

楔軸線OX形成力矩Mo,便框架發(fā)牛振動，其大小為

Mo=Po'Lcos(p

為了測量出T'面上的不平衡重量大小和相位，加上一補償重徑積Gcrc使產(chǎn)生一個補償力矩，

即在圓盤7和8上各裝一個立衡重量Gc，其重心都與軸線相距3但相位差為180°,當馬達旋轉(zhuǎn)后,

其主軸4帶動齒輪6、5,因而圓盤7、8也旋轉(zhuǎn)，這時Gc的離心力Pc就構(gòu)成一力偶矩PcL，它對

于軸線OX的分量為Me也影響框架的振動，其大小為

按合力矩定理，框架繞軸振動時所受的合力矩為：

式中Me的轉(zhuǎn)向從圖示軸OX的箭頭處向O點看為順時針方向，故按力學規(guī)定取負值，如M=0,

那么框架靜止不動。此時，

f

M=玲Lcos^>-PL(cos^.=0

ff

或GQELcos(p-G(rcLccos(p(=0

滿足上式的條件應為:

，9L

G06=G3:(4-1)

<L

(p=(pc(4-2)

在平衡機的補償位置中，Gc、rc是的，試件的兩平衡校正平面是預先選定的，因而兩平衡校正

平面的距離L也是的，因此(4-1)式可以寫成：

z

Go'ro=AU(4-3)

其中A二生上

L

測量另一個平衡校正平面丁上的不平衡重徑積，只需將試件調(diào)頭使平面T'通過OX軸，測量方

法與上述相同。

為了便于觀察和提高測量精度，在框架I上裝有重塊19,移動19,即改變整個振動系統(tǒng)的自振

頻率使框架接近共振狀態(tài)，即振幅放大。

通過調(diào)節(jié)手輪17和18,使框架靜止不動，讀出L和牝的數(shù)值。由公式(4-3)既可計算不平衡

重徑積的大小，中選定加平衡重量的回轉(zhuǎn)半徑X后平衡重量Gp'的大小為：

其相位可以這樣來確定：停車后，使指針15轉(zhuǎn)到圖中與OX軸垂直的虛線位置，此時Gp'的位

置就在平面T'內(nèi)回轉(zhuǎn)中心的鉛直上方。

四、實驗步驟

(1)記錄屋的零點及木實驗的系數(shù)A。(A數(shù)值標注在馬達上

(2)起動電動機使試件回轉(zhuǎn)，注意試件一端的聯(lián)軸節(jié)應與皮帶輪順著轉(zhuǎn)動方向靠好，防止起動

沖擊。

(3)移動重塊19,使框架振幅最大(此步驟實驗前已調(diào)整完畢)。

(4)加補償力矩，先調(diào)節(jié)手輪17,使L有一些讀數(shù)，這時框架振動，然后調(diào)節(jié)手輪18,觀察

指針20,由于試件與圓盤轉(zhuǎn)速相等，故M。與Me變化頻率相等，當調(diào)節(jié)s=(po+18O°時，Me與M。相

同，兩力矩正向疊加，框架振幅最大，當調(diào)節(jié)到隊=<po時.兩力矩反向疊加，框架振幅最小，這時

不平衡重量的相位已經(jīng)根本找到，再繼續(xù)調(diào)節(jié)手輪17即改變L，如此反復調(diào)整數(shù)次直到指針20不

動，此時框架振動消失。

(5)停車、讀出L，取的數(shù)值，計算不平衡重徑積的大小。

(6)再根據(jù)你所確定的不平衡重量，試件校正后再開車，觀察平衡效果(此時Lc必須調(diào)到零值

的初始位置)。

五、思考題

(I)動平衡試驗法適合哪些類型的試件？試件經(jīng)過動平衡后是否滿足靜平衡要求？

(2)為什么動平衡要在垂直于軸線的兩端平衡面上分別進行平衡？

(3)當試件的?個平面已被平衡后欲平衡第二個平面時，是否仍?定要使第個平面通過框架

的振擺軸線?為什么?

實驗四回轉(zhuǎn)構(gòu)件的動平衡實驗報告

學生姓名學號組別

實驗日期成績指導教師

一、數(shù)據(jù)的記錄與計算

項目單位數(shù)量

Gc

已

fc

知L

ro'

測定U

計算Go'

觀察(pc

二、答復思考題

第五章實驗五機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗

一、實驗目的

(1)加深學生對機構(gòu)組成原理的認識，進?步了解機構(gòu)組成及其運動特性；

(2)訓練學生的工程實踐動手能力；

(3)培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識及綜合設計能力。

二、實驗設備及工具

(1)機構(gòu)運動創(chuàng)新方案案驗臺(共X臺)：

[2)可供在實驗臺上實現(xiàn)各種設計方案的各種零件及組件；

(3)六角扳手、活動扳手、卷尺等。

三、實驗原理

任何機構(gòu)都是由自由度為零的假設干桿組依次連接到原動件(或已經(jīng)形成的簡單機構(gòu))和機架

上的方法所組成。學生根據(jù)預定的系統(tǒng)要求，完成機構(gòu)系統(tǒng)方案，初步設計后，利用該裝置提供的

零件或組件，在實驗臺上實現(xiàn)自己的設計方案，并用減速電機驅(qū)動運行，以檢驗方案的合理性與可

行性。

四、桿組的概念、正確拆分桿組及拼裝機構(gòu)

1.桿組的概念

任何機構(gòu)中都包含原動件、機架和從動件系統(tǒng)三局部。由于機架的自由度為零，一般每個原動

件的自由度為I，而平面機構(gòu)具有確定運動的條件是機構(gòu)的原動件數(shù)目與機構(gòu)的自由度數(shù)目相等，所

以，從動件系統(tǒng)的自由度必然為零。機構(gòu)的從動件一般還可以進一步分解成假設干個不可再分的自

由度為零的構(gòu)件組合，這種組合成為根本桿組。

對于只含低副的平面機構(gòu)，假設桿組中有〃個活動構(gòu)件、pz.個低副，因桿組自由度為零，故有

3

2計3PL=0或/4=-

為保證〃和PL均為整數(shù)，〃只能取2,4,6,…等偶數(shù)。根據(jù)〃的取值不同，桿組可分為以下情況。

(1)兩個構(gòu)件和三個低副構(gòu)成的桿組稱II級組，如圖5-1所示。

圖5-1

(2)四個構(gòu)件和六個低副組成的桿組稱III級組，如圖5-2所示。

圖5-2

2.機構(gòu)的組成原理

任何平面機構(gòu)均可以用假設干個根本桿組依次聯(lián)接到原動件和機架上去的方法來組成。這是本

實驗的根本原理。

3.正確拆分桿組

(1)先去掉機構(gòu)中的局部自由度和虛約束，有時還要將高副加以低代；

(2)計算機構(gòu)的自由度，確定原動件；

(3)從遠離原動件的一端先試拆分n級桿組，假設拆不出II級組時，再試拆in級組，即由

最低級別向高一級桿組依次拆分，最后剩下原動件和機架。

五、實驗步驟

(I)根據(jù)實驗設備及工具的內(nèi)容介紹，熟悉實驗設備的硬件組成及零件的功用；

(2)自擬機構(gòu)運動方案或選擇實驗指導書中提供的運動方案為拼裝實驗內(nèi)容；

(3)將所選定的機構(gòu)運動方案根據(jù)機構(gòu)組成原理按桿組進行正確拆分，并用圖示之；

(4)拼裝機構(gòu)運動方案，從舉例中選擇一個。

六、舉例說明

1.自動車床送料機構(gòu)

結(jié)構(gòu)說明：圖5-3所示，自動車床送料機構(gòu)由平底直動從動件盤狀凸輪機構(gòu)與連桿機溝組成。當

凸輪轉(zhuǎn)動時，推動桿5往復移動，通過連桿4與擺桿3及滑塊2帶動從動件1(推料桿)作周期性往

復直線運動。

工作特點：?般凸輪為主動件，能實現(xiàn)較復雜的運動規(guī)律。

2.鑄錠送料機構(gòu)

結(jié)構(gòu)說明：如圖5-4所示，滑塊為主動件，通過連桿2驅(qū)動雙搖桿4BCD,將從加熱爐出料的鑄

錠（工件）送到下一工序。

圖5-4

工作特點：圖中實線位置為加熱爐鑄錠進入裝料器4中，裝料器4即為雙搖桿機構(gòu)八BCD中的

連桿8C,當機構(gòu)運動到虛線位置時，裝料器4翻轉(zhuǎn)180。把鑄錠卸放到下?工序的位置。例如：加熱

爐出料設備、加工機械的上料設備等。

3.轉(zhuǎn)動導桿與凸輪放大升程機構(gòu)

結(jié)構(gòu)說明：圖5-5所示，曲柄I為主動件，凸輪3和導桿2固聯(lián)。

工作特點：當曲柄1從圖示位置順時針轉(zhuǎn)過90c時，導打和凸輪?起轉(zhuǎn)過18（尸。圖5-5所示機構(gòu)

常用于凸輪升程較大，而升程角受到某些因素的限制不能太大的情況。該機構(gòu)制造安裝簡單，工作

性能可靠。

圖5-5

4.沖壓送料機構(gòu)

結(jié)構(gòu)說明：圖5-6所示，1一2—3—4一5一9組成導桿搖桿滑塊沖壓機構(gòu)，由1一8—7—6—9組

成齒輪凸輪送料機構(gòu)。沖壓機構(gòu)是在導桿機構(gòu)的根底上，吊聯(lián)一個搖桿滑塊機構(gòu)組合而成的。

工作特點：導桿機構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設計，它和搖桿滑塊機構(gòu)組合可到達工作段兒

近于勻速的要求。適中選擇導路位置，可使工作段壓力角a較小。按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定凸輪工作角

和從動件運動規(guī)律，那么機構(gòu)可在預定時間將工件送至待加工位置

5.插床的插削機構(gòu)

結(jié)構(gòu)說明：圖5-7所示，在ABC擺動導桿機構(gòu)的擺桿8c反向延長的。點上加二級桿組連桿4

和滑塊5,成為六桿機構(gòu)。在滑塊5固接插刀，該機構(gòu)可作為插床的插削機構(gòu)。

工作特點：主動曲柄A8勻速轉(zhuǎn)動，滑塊5在垂宜.4。的導路上往復移動，具有較大急回特性。

改變七。連桿的長度，滑塊5可獲得不同的運動規(guī)律。

6.曲柄滑塊機構(gòu)與齒輪齒條機構(gòu)的組合

結(jié)構(gòu)說明：圖5-8所示機構(gòu)由偏置曲柄滑塊與齒輪齒條機構(gòu)串聯(lián)組合而成。其中下齒條為固定齒

圖5-8

條，上齒條作往復移動。

工作特點：此組合機構(gòu)最重要的特點是上齒條的行程比齒輪3的錢接中心點。的行程大一倍。

此外，由下齒輪中心C的軌跡對丁點4偏置.，所以上齒條和往復運動有急回特性。

當主動件曲柄1轉(zhuǎn)動時，通過連桿2推動齒輪3與上、下齒條嚙合傳動。下齒條5固定，上齒

條4作往復移動，齒條移動行程H=4R(R為齒輪3的半徑)，故采用此種機構(gòu)可實現(xiàn)行程放大。

七、思考題

(I)何為機構(gòu)創(chuàng)新方案？

(2)你設計或選擇機構(gòu)系統(tǒng)方案在實驗臺上組裝后是否介理？

(3)你設計的方案可用幾種形式來組裝，最后能否到達設計要求？

實驗五機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗報告

學生姓名學號組別

實驗日期成績指導教師

一、繪制實際4并裝的機構(gòu)運動方案簡圖，引F在簡圖中標注實際測得構(gòu)件尺寸。

二、簡要說明機構(gòu)桿組拆組過程，并畫出所拆桿組簡圖。

三、答復思考題

第二篇機械設計實驗

第六章實驗六帶傳動實驗

一、實驗目的

本實驗配有專用多媒體軟件，學生可利用計算機在軟件界面說明文件的指導下，獨立的進行實

驗，培養(yǎng)學生的實際動手能力。

(1)觀察帶傳動中的彈性滑動和打滑現(xiàn)象以及它們與帶傳遞的載荷之間的關(guān)系；

(2)測定彈性滑動率和帶傳動效率與所傳遞的載荷之間的關(guān)系，繪制帶傳動彈性滑動曲線和效

率曲線：

(3)了解帶傳動實驗臺的工作原理與扭矩、轉(zhuǎn)速的測量方法。

二、實驗臺簡介

皮帶傳動實驗臺主要結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。

圖6-1皮帶傳動實驗臺主要結(jié)構(gòu)圖

1、電機移動底板2、法碼3、傳感器4,彈性測力桿5、主動電動機

6、平皮帶7、光月測速裝置8、發(fā)電機9、電了?加我10、機殼II、操縱面板

1.主要結(jié)構(gòu)及工作原理

本實驗臺可進行皮帶傳動滑差率和效率曲線的測定。其電動機為直流無級調(diào)速，采用先進的調(diào)

速電路，測速方式為紅外線光電測速；皮帶輪轉(zhuǎn)速和扭矩可直接在面板上準確讀取，也可輸出到計

算機中進行測試分析)

(1)該實驗傳動系統(tǒng)由主動直流伺服電動機5裝在滑座上，可沿滑座滑動，電機軸上裝有主

動輪，通過平皮帶帶動從動輪，從動輪裝在直流伺服發(fā)電機8的軸上。在發(fā)電機的輸出電路上，并

聯(lián)了八個燈泡(每個燈泡40瓦)，作為帶傳動的加載裝置(可手動或計算機加載控制祛碼2通

過鋼絲繩、定滑輪拉緊滑座，從而使帶張緊，并保證一定的初拉力。開啟燈泡，以改變發(fā)電機的負

載電阻增大，帶的受力增大，兩邊拉力差也增大，帶的彈性滑動逐步增加。當帶傳遞的載荷剛好到

達所能傳遞的最大有效圓周力時帶開始打滑，當負載繼續(xù)增加時那么完全打滑。

12)測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)由光電測速裝置和測扭矩裝置兩局部組成。

A、兩電機后端裝有紅外線光電測速裝置和測速轉(zhuǎn)盤7,主、從動皮帶輪轉(zhuǎn)速可直接在計算機

上或在面板各自的數(shù)碼管上讀取，并傳到計算機中進行處理分析。

B、主動輪的扭矩Ti和從動輪扭矩外均通過電機外殼來測定。電動機5和發(fā)電機8的外殼支

撐在支庫的滾動軸承中，并可繞與轉(zhuǎn)子相重合的軸線擺動。當電動機啟動和發(fā)電機負載后，由于定

子磁場和轉(zhuǎn)子磁場的相互作用，電動機的外殼將向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的反向傾倒，發(fā)電機的外殼將向轉(zhuǎn)子旋

轉(zhuǎn)的同向傾倒，它們的傾倒力矩可分別通過固定在定子外殼上的測力計所得的力矩來平衡。B型實

驗臺可直接在面板11各自的數(shù)碼管上讀取，并傳到計算機中進行處理分析；A型實驗臺可在各自

的測力計讀數(shù)并通過扭矩公式進行計算。

主動輪上扭矩：T>=QiKiLi(N-mm)(1)

從動輪上扭矩：T2=Q2K2L2(N-mni)(2)

傳動的有效拉力：F=2Ti/D.(N)(3)

式中Qi、Q2——測力計上百分表的讀數(shù)

Ki.K2一一測力計標定值0

Li>L2——測力計的力臂(LI=L2=120mm)

帶傳動的效率：q=(T2112)/(Tini)-KX)%(4)

彈性滑動率：E=(n.-n2)/m-100%(5)

2.主要技術(shù)參數(shù)

直流電動機功率：355W

發(fā)電機額定功率：355W

調(diào)速范圍：50?1500rpm

最大負載轉(zhuǎn)速下降率：W5%

初拉力最大值為：3kg

杠桿測力臂長度：LI=L2=120mm

(L、L2—電動機中心至測力桿支點的長度)

皮帶輪直徑：D尸D2=120mm

測力計標定值：Ki=Kz=

百分表精度為：測量范圍為：0?10mm

實驗臺總重量：45kg

3.電氣裝置工作原理

皮帶傳動實驗臺面板布置圖如圖6-2所示。

圖6-2皮帶傳動實驗臺面板布置圖

1、電流開關(guān)2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)3、電動機轉(zhuǎn)速顯示4、發(fā)電機轉(zhuǎn)速顯示

5、發(fā)電機負載6、加載按鈕7、減載按鈕

該儀器的轉(zhuǎn)速控制由兩局部組成：一局部為由脈沖寬度調(diào)制原理所設計的直流電機調(diào)速電源;

另一局部為電動機和發(fā)電機各自的轉(zhuǎn)速測量電路及顯示電路以及各自的紅外線傳感器電路。

(1)調(diào)速電源能輸出電動機和發(fā)電機勵磁電壓，還能輸出電動機所需的電樞電壓，調(diào)節(jié)板面上

“調(diào)速”旋鈕，即可獲得不同的電樞電壓，也就改變了電動機的轉(zhuǎn)速，通過皮帶的作用，也就同時

改變了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機輸出不同的功率。發(fā)電機的電樞端最多可并接八個40W燈泡用為負

載，改變面板上A~H的開關(guān)狀態(tài)，即可改變發(fā)電機的負載量。

(2)轉(zhuǎn)速測量及顯示電路有左、右兩組LED數(shù)碼管，分別顯示電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。在單片

機的程序控制下，可分別完成“復位”、“查看”和“存儲”功能，以及同時完成“測量”功能。通

電后，該電路自動開始工作，個位右下方的小數(shù)點亮，即表示電路正在檢測并計算電動機和發(fā)電機

的轉(zhuǎn)速。通電后或檢測過程中，一旦發(fā)現(xiàn)測速顯示不正常或需要重新啟動測速時，可按“復位”鍵。

當需要存儲記憶所測到的轉(zhuǎn)速時，可按“存儲”鍵，一共可存儲記憶最后存儲的10個數(shù)據(jù)。如果按

“查看”鍵，即可查看前一次存儲的數(shù)據(jù)?，再按可再繼續(xù)向前查看。在“存儲”和“查看”操作后，

如需繼續(xù)測量，可按“測量”鍵，這樣就可以同時測量電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。

三、實驗內(nèi)容

(1)皮帶傳動滑動曲線和效率曲線的測量繪制：該實驗裝置采用壓力傳感器和A/D采集并轉(zhuǎn)換

成主動帶輪和從動帶輪的驅(qū)動力矩和阻力矩數(shù)據(jù)，采用角位移傳感器和A/D板采集并轉(zhuǎn)換成主、從

動帶輪的轉(zhuǎn)數(shù)。最后輸入計算機進行處理作出滑動曲線和效率曲線。使學生了解帶傳動的彈性滑動

和打滑對傳動效率的影響。

(2)皮帶傳動運動模擬：該實驗裝置配置的計算機軟件，在輸入實測主、從動帶輪的轉(zhuǎn)數(shù)后，

通過模計算作出帶傳動運動模擬，可清楚觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象。

四、軟件界面操作說明

1.皮帶傳動實驗臺軟件封面

皮帶傳動實驗臺軟件封面如圖6-3所示。

圖6-3軟件封面

2.皮帶傳動實驗說明界面

在封面上非文字區(qū)單擊左鍵，即可進入皮帶傳動實驗說明界面，如圖6-4所示。

圖6-4說明界面

［實驗］:單擊此鍵，進入皮帶傳動實驗分析界面。

［關(guān)閉音樂］:單擊此鍵，音樂關(guān)閉，同時［關(guān)閉音樂］變?yōu)椋鄯_音樂］;反之，單擊［翻開音樂］,

音樂翻開，［翻開音樂］變?yōu)椋坳P(guān)閉音樂］。

［說明］:單擊此鍵，彈出皮帶傳動實驗說明框。

［返回］:單擊此鍵，返回皮帶傳動實驗臺軟件封面。

［退出］:單擊此鍵，結(jié)束程序的運行，返回WINDOWS界面。

3.皮帶傳動實驗分析界面

皮帶傳動實驗分析界面如圖6-5所示，各控制鍵說明如下：

圖6-5實驗分析界面

［運動模擬］:單擊此健，可以清楚觀察皮帶傳動的運動和彈性滑動及打滑現(xiàn)象。

［穩(wěn)定測試J:單擊此鍵，穩(wěn)定記錄顯示皮帶傳動的實測結(jié)果。

［實測曲線］:單擊此鍵，顯示皮帶傳動的滑動曲線和效率曲線。

［關(guān)閉音樂］:單擊此鍵，音樂關(guān)閉，同時.［關(guān)閉音樂］變?yōu)椋鄯_音樂］;反之，單擊音樂翻開，同

時［翻開音樂］變?yōu)椋坳P(guān)閉音樂］。

［說明］:單擊此鍵，彈出皮帶傳動實驗說明框。

［打印］:單擊此鍵，彈出打印對話童，將皮帶傳動滑動曲線和效率曲線打印出來或保存為文件V

［返回］:單擊此鍵，返回皮帶傳動實驗說明界面。

［退出］:單擊此鍵，結(jié)束程序的運行，返回WINDOWS界面。

五、實驗步驟

1.B型實驗臺

(1)翻開計算機，單擊“皮帶傳動”圖標，進入皮帶傳動的封面。單擊左鍵，進入皮帶傳動實

驗說明界面；

(2)在皮帶傳動實驗說明界面下方單擊“實驗”鍵，進入皮帶傳動實驗分析界面；

(3)啟動實驗臺的電動機，待皮帶傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，可進行皮帶傳動實驗；

(4)在皮帶傳動實驗分析界面下方單擊“運動模擬”犍，觀察皮帶傳動的運動和彈性滑動及打

滑現(xiàn)象；

(5)單擊“加載”鍵，可對燈泡組加載，每加載一次可增加5%的燈泡組負荷功率。每采集一次

數(shù)據(jù),時間間隔5-10秒鐘：

(6)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，單擊“穩(wěn)定測試”鍵，穩(wěn)定記錄顯示皮帶傳動的實測數(shù)據(jù)；

(7)重復實驗步驟5和6直至皮帶打滑，結(jié)束測試；

(8)如果實驗效果不夠理想，可單擊“重做實驗”即可從第五步開始重做實驗；

(9)單擊“實測曲線”鍵，顯示皮帶傳動滑動曲線和效率曲線；

(10)如果要打印皮帶傳動滑動曲線和效率曲線。在該界面下方單擊''打印"鍵，即可打印出

該曲線圖；

(11)如果實驗結(jié)束,單擊“退出”，返回Windows界面。

2.A型實驗臺：

(1)接通電源，實驗臺的指示燈亮，檢查一下測力計的測力桿是否處于平衡狀態(tài)，假設不平衡

那么調(diào)整到平衡。

(2)加祛碼3kg,使皮帶具有初拉力。

(3)慢慢地沿順時針方向旋轉(zhuǎn)按扭，使電機從開始運轉(zhuǎn)加速到川=1000轉(zhuǎn)/分左右，在沒加負

載的情況下，記錄n?、Q?一組數(shù)據(jù)。

(4)翻開一個燈泡(即加載40W)記錄nQi、Q2一組數(shù)據(jù)，注意此時,和n

之間的差值，即觀察帶的彈性滑動現(xiàn)象。

(5)逐漸增加負載(即每次翻開一個40瓦的燈泡)，重復第4步，直到￡三3與左右，即圓2

上的A點，帶傳動開始進入打滑狀態(tài)。假設再翻開燈泡增加載荷，那么\和上之差值迅速增大。

(6)添寫實驗報告中的各項數(shù)據(jù)，繪制彈性滑動曲線和效率曲線圖。

六、實驗操作考前須知

(1)通電前的準備

a.面板上調(diào)速旋鈕逆時針